本發(fā)明屬于量子點光子晶體光纖激光器技術領域，尤其是一種基于量子點填充的帶空心孔區(qū)光子晶體光纖可調諧激光器。

背景技術：

稀土離子摻雜（如Yb、Er、Ho、Tm等）光纖激光器 ，由于其具有高光束質量、高轉換效率以及高增益等特點，使得光纖激光器的性能得到了極大地提高。傳統(tǒng)稀土離子摻雜光纖激光器經過多年的發(fā)展，天然元素摻雜的光纖激光器性能幾乎達到最優(yōu)化。隨著量子點材料迅速發(fā)展，提出基于量子點的激光器。人工量子點材料具備良好的、甚至是理想的吸收和輻射譜，它們的光學性質主要取決于半徑大小，與組成無關，通過改變量子點的大小就可以獲得從紫外到近紅外范圍內的任意點的光譜。這些優(yōu)越性是天然稀土元素無法達到或具備的。理論上，量子點（QD）激光器比量子阱、量子線激光器具有更高的特征溫度、更高的發(fā)光效率和微分增益、更低的閾值電流和頻率啁啾、更窄的光譜線寬和超快的高頻響應等特性。

光子晶體光纖（Photonic Crystal Fiber，PCF）特殊的傳導機制和可靈活設計的結構，使它具有普通光纖無法比擬的獨特性質。它的截面是由周期性（通常為六角形周期排列）的空氣孔排列而成并沿整個光纖的軸向延伸，形成二維光子晶體結構；纖芯由石英或空氣孔構成線缺陷，利用其局域光的能力，將光限制在缺陷內傳播。在研究光子晶體光纖本身微結構及其光纖特性的同時，研究人員也致力于在空氣孔中填充介質材料，如氣體、聚合物、液晶、量子點等，能夠設計可調節(jié)的光纖功能器件。現有的光子晶體光纖激光器就是將摻雜有增益物質的光子晶體光纖代替原來的摻雜光纖而獲得光子晶體光纖激光器。對于這種光子晶體光纖激光器來說，其雖然具有本身的優(yōu)點，但是不能實現調諧輸出。

由于量子點的能級分立特性,以及量子點的量子限域效應和小尺寸效應，其發(fā)射峰可以根據量子點尺寸進行調諧，這一優(yōu)勢可以使量子點產生可調諧激光。量子點具有寬的吸收光譜和較寬的發(fā)射光譜，并可以通過其尺寸來調諧發(fā)光峰值波長。

量子點和光子晶體光纖是目前處于國際研究前沿的兩種人造材料，前者體現了對電子能帶的控制作用，而后者則體現了對光子能帶的控制作用。但現有技術中并未有材料公開報道將上述兩種材料進行結合的技術。

技術實現要素：

為了克服現有技術的不足，本發(fā)明提供了一種基于量子點填充的帶空心孔區(qū)光子晶體光纖可調諧激光器，本發(fā)明通過設計一種帶空心孔區(qū)的光子晶體光纖（橫截面結構圖如圖1所示），在光子晶體光纖的多個空心孔區(qū)中填充量子點，實現將帶空心孔區(qū)光子晶體光纖與量子點相結合的目的，使得技術人員既可以利用光子晶體光纖獨特的波導結構和特有的光學性質，也可以利用量子點的光譜特性，并可以通過改變填充量子點的尺寸大小，實現C波段（1528nm～1565nm）的可調諧輸出；該激光器具有結構簡單、可以實現穩(wěn)定輸出、通過改變量子點的尺寸來實現激光器的調諧輸出等優(yōu)點。

為了實現上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是：一種基于量子點填充的帶空心孔區(qū)光子晶體光纖可調諧激光器，其特征在于：包括光源輸入端、光學諧振腔和激光輸出端，光源輸入端依次設有可連續(xù)輸出泵浦光的激光泵浦源、對泵浦光進行準直調整的泵浦耦合系統(tǒng)，激光輸出端設有反射鏡，泵浦耦合系統(tǒng)和反射鏡之間設有雙色鏡和光子晶體光纖，光學諧振腔由雙色鏡和反射鏡所圍成的空間構成，光子晶體光纖位于光學諧振腔中，光子晶體光纖中填充有激光增益介質，該激光增益介質為PbSe量子點。

上述泵浦源輸出的光源經光纖輸出聚焦鏡整形后作為泵浦光， PbSe量子點被泵浦光照射后，在光學諧振腔內，光被來回振蕩，將PbSe量子點的自發(fā)發(fā)射放大后形成激光，產生的激光經緊貼光子晶體端面的反射鏡輸出；通過改變在光子晶體光纖的空心孔區(qū)填充的量子點的尺寸，可以實現多波長的輸出。

進一步的，所述光子晶體光纖固定安裝于五維高精度調整架上，雙色鏡和反射鏡分別位于光子晶體光纖的兩端。

上述激光增益介質的兩端分別固定在五維高精度調整架上，以便進行激光器的調整。

進一步的，所述激光泵浦源采用半導體激光器。

上述泵浦源采用半導體激光器，光源通過尾纖輸出，尾纖通過快速接頭PMA與泵浦耦合系統(tǒng)連接，泵浦源可以實現連續(xù)穩(wěn)定輸出，同時它的輸出功率可以通過控制電流而進行調節(jié)。

進一步的，所述泵浦耦合系統(tǒng)采用光纖輸出聚焦鏡，聚焦鏡倍率為1:0.5，泵浦光透過率＞95%，工作距離為30mm，數值孔徑為0.22，PMA905接口。

上述量子點填充的光子晶體光纖激光器對泵浦耦合效率要求較高，使用光纖輸出聚焦鏡對尾纖輸出的泵浦光進行聚焦、擴束，然后將泵浦光耦合入光纖，可以實現高效耦合；經過光纖輸出聚焦鏡整形后的光束空間耦合進入激光增益介質。

進一步的，所述雙色鏡采用平面雙色鏡，且雙色鏡表面鍍有泵浦光增透光學膜。

上述結構中，平面雙色鏡表面鍍膜可以提高雙色鏡的透光性。

進一步的，所述反射鏡采用平面反射鏡，且反射鏡表面鍍有激光全反光學膜。

上述結構中，平面反射鏡表面鍍膜可以提高反射鏡的反射性。

發(fā)明目的二：本發(fā)明還提供了一種用于將PbSe量子點填充光子晶體光纖的空芯區(qū)的方法，其特征在于：配置量子點水溶液，將注射器排空氣體，將注射器的針頭與光子晶體光纖一端通過膠體粘結密封，光子晶體光纖的另一端則插入量子點水溶液中，旋轉注射器抽取量子點。

采用上述方案，本發(fā)明使用的PbSe量子點優(yōu)選為各粒度濃度相同且空間均勻摻雜的量子點。PbSe量子點的光學性質主要取決于尺寸，本發(fā)明通過改變量子點的大小可以獲得C波段內的任意點的光譜。PbSe量子點具有帶隙大小可調諧，激子束縛能小，光致發(fā)光量子產率高，光響應調諧范圍大等光學特性。而且合成技術成熟，可以通過控制反應條件獲得不同尺寸的PbSe量子點。

上述帶空心孔區(qū)光子晶體光纖作為PbSe量子點的填充載體，該光子晶體光纖具有更大更多的空心孔區(qū)，可以填充的量子點的量也比普通空心光子晶體光纖填充的多，且填充過程相對方便。同時，帶空心孔區(qū)光子晶體光纖的包層直徑較大，經過光纖聚焦鏡之后的泵浦光能夠全部耦合進入光纖，減少損耗。

上述雙色鏡和輸出端的反射鏡之間的空間組成光子晶體光纖激光器的光學諧振腔。泵浦端的雙色鏡對泵浦光高透，對產生的多個波長的激光高反。泵浦光通過泵浦端雙色鏡進入光子晶體光纖，激發(fā)PbSe量子點發(fā)射特定波長的光，多次振蕩之后形成激光輸出。輸出端反射鏡具有較寬波譜范圍，可以對多個波長范圍的激光形成振蕩。

本發(fā)明專利的工作原理：半導體激光器發(fā)出的光源經過光纖輸出聚焦鏡聚焦、準直后作為泵浦光通過泵浦端雙色鏡耦合到激光增益介質。PbSe量子點受到泵浦光激發(fā)歸于產生光致發(fā)光現象，光致發(fā)光的波長與PbSe量子點的尺寸有關，其被激光激發(fā)時，其光致發(fā)光光譜可根據量子點的尺寸可在C波段進行調諧；并且，由于量子點的分立能級特性，其光致發(fā)光線寬較窄。光子晶體光纖放置于雙色鏡和反射之間的光學諧振腔中；這些光致發(fā)光在光學諧振腔中多次振蕩和放大，達到閾值后，由透射端實現激光輸出。通過調節(jié)量子點的尺寸，以此來實現可調諧激光輸出。

本發(fā)明將帶空心孔區(qū)光子晶體光纖與量子點相結合，既可以利用光子晶體光纖獨特的波導結構和特有的光學性質，也可以利用量子點的光譜特性和熒光量子化效率高的特點；將PbSe量子點填充于帶空心孔區(qū)光子晶體光纖中，然后利用半導體激光器對光子晶體光纖中的量子點進行泵浦，最終達到產生激光的目的。本發(fā)明所設計的帶空心孔區(qū)光子晶體光纖具有比普通空心光子晶體光纖更大的孔區(qū)直徑，可以填充更多的量子點，在泵浦光的激發(fā)方面比空心光子晶體光纖具有優(yōu)勢；用PbSe量子點作為增益介質，填充到光子晶體光纖的空心孔區(qū)中，通過控制量子點的尺寸，可以實現多波長的調諧輸出。采用雙色鏡和反射鏡構成光學線性諧振腔，相較于布喇格光柵，具有結構簡單、操作簡便、損耗小等優(yōu)點。本發(fā)明的可調諧量子點帶空心孔區(qū)光子晶體光纖激光器在光纖通信、生物醫(yī)學、納米材料等方面具有廣泛的應用前景。

下面結合附圖對本發(fā)明作進一步描述。

附圖說明

附圖1為本發(fā)明具體實施帶空心孔區(qū)光子晶體光纖的截面視圖（中間較大孔處代表空心孔區(qū)40，PbSe量子點填充在該空心孔區(qū)40）；

附圖2為本發(fā)明具體實施例基于量子點填充的帶空心孔區(qū)光子晶體光纖激光器結構示意圖；

激光泵浦源1、泵浦耦合系統(tǒng)2、雙色鏡3、光子晶體光纖4、五維調整架5、反射鏡6。

具體實施方式

本發(fā)明的具體實施例如圖1-2所示是量子點填充的帶空心孔區(qū)光子晶體光纖可調諧激光器，其包括激光泵浦源1、泵浦耦合系統(tǒng)2、雙色鏡3、光子晶體光纖4、五維調整架5、反射鏡6。具體而言，半導體激光器作為泵浦源提供功率可調的泵浦光，泵浦源為連續(xù)輸出；泵浦耦合系統(tǒng)2由光纖聚焦鏡構成；聚焦鏡倍率為1:0.5，泵浦光透過率>95%，工作距離為30mm，數值孔徑為0.22，PMA905接口，光子晶體光纖4內填充有激光增益介質，激光增益介質采用的是由PbSe量子點，PbSe 量子點具有帶隙大小可調諧，激子束縛能小，光致發(fā)光量子產率高，光響應調諧范圍大等光學特性。光子晶體光纖4兩端設有前置平面雙色鏡3以及后置平面反射鏡6，平面雙色鏡3上鍍的膜是對泵浦光增透光學膜，平面反射鏡6上鍍的膜是對激光全反光學膜。

激光泵浦源1的泵浦光經過泵浦耦合系統(tǒng)2準直、聚焦到激光增益介質上，激光增益介質即PbSe量子點，光子晶體光纖4的兩端分別固定在五維高精度調整架上，以便進行激光器的調整；位于光子晶體光纖4兩端的前置的平面雙色鏡3和后置的平面反射鏡6，使光子晶體光纖4在兩個平面鏡之間形成簡單穩(wěn)定的光學諧振腔；帶空心孔區(qū)40光子晶體光纖4空心孔區(qū)內的激光增益介質即PbSe量子點被泵浦光照射后，在光學諧振腔內，光被來回振蕩，將PbSe量子點的自發(fā)發(fā)射放大后形成激光，經激光反射鏡6即平面反射鏡6輸出。通過調整光子晶體光纖空心孔區(qū)內填充的PbSe量子點的尺寸大小，可以輸出不同波長的激光，實現多波長激光的調諧輸出。

上述將PbSe量子點填充光子晶體光纖4空心孔區(qū)40的裝置主要由注射器和一螺旋式滑竿組成；利用注射器抽取注入的方法將量子點水溶液填充到光子晶體光纖4空心孔區(qū)40中。首先保證裝置的氣密性，排空注射器中的空氣，將光子晶體光纖4插入針頭中，利用AB膠將光子晶體光纖4與注射器頭粘結密封，光子晶體光纖4的另一端插入量子點水溶液中，之后旋轉注射器另一端，抽取量子點。

本發(fā)明不局限于上述具體實施方式，本領域一般技術人員根據本發(fā)明公開的內容，可以采用其他多種具體實施方式實施本發(fā)明的，或者凡是采用本發(fā)明的設計結構和思路，做簡單變化或更改的，都落入本發(fā)明的保護范圍。